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      六問讀懂“人工增雨”:為啥不是“人工降雨”?

        7月以來,我國南方多地遭遇持續性高溫少雨天氣,部分地區出現干旱甚至特旱。連日來,全國多地氣象部門抓住有利天氣時機,積極開展人工增雨作業。

        (圖片來源:國家氣候中心)

        有網友問:“高溫這么長時間,為何不能一直增雨降溫?”“人工增雨播撒催化劑對環境有沒有影響?”今天,我們以6個小問題引入,一起來盤一盤人工增雨這件事兒。

       

        一問:什么是人工增雨?為啥不是“人工降雨”?

        在了解人工增雨之前,我們首先需要知道——雨從何處來?

        雨,是從云中降落的水滴,陸地和海洋表面的水蒸發成水蒸氣,水蒸氣上升到一定高度后遇冷變成小水滴,這些小水滴便組成了云,它們在云里互相碰撞合并成大水滴,當它大到空氣托不住的時候就從云中落下來,形成了雨。

        因此,要形成降雨,必須滿足三個條件,云中水汽充沛、上升氣流運動以及足夠多的凝結核或冰核。

        (圖片來源:中國氣象報社)

        人工影響天氣(人工增雨是其中一種)是指為避免或減輕氣象災害,合理利用氣候資源,在適當天氣條件下,通過科技手段對局部大氣的物理、化學過程進行人工影響,實現增雨(雪)、防雹、消雨、消霧、防霜等目的的活動。

        (圖片來源:中國氣象報社)

        人工增雨不等于人工降雨,催化劑的作用就像是“鹵水點豆腐”,但前提是有“鹵水”才能點出豆腐來,也就是天氣已經滿足了降雨的基本條件(水汽充沛、上升氣流運動),人工增雨才能發揮作用。

       

        二問:人工增雨怎么“增”?

        自古以來,人們就幻想能夠控制天氣。中國清代的《廣陽雜記》就載有:“夏五、六月間,常有暴風起,黃云自山來,必有冰雹,土人見黃云起,則鳴金鼓,以槍炮向之施放,即散去?!币馑际窍奶?,常有暴風雨,古人見黃色的云氣滾滾而來時就鳴鼓并用土炮向天空射去,使黃色的云氣散開以此達到防雹的效果。這是中國古代用土炮防雹的生動描述。

        可以看到,我國勞動人民很早以前就有了想人為干預天氣的想法和實踐,但是由于當時科學技術的落后,這些實踐以失敗告終。

        現在,我們人工增雨的方式主要是通過向云中撒播催化劑來增加凝結核,比如鹽粉、干冰或碘化銀等,也可利用聲波、飛秒激光、帶電粒子等手段,來促進水氣凝結、云滴碰并增長等云雨轉化過程,形成降水落到地面。

      為應對高溫干旱天氣,湖北宜昌市氣象部門搶抓有利時,開展人工增雨作業

        文/圖來源:唐巧珍、冷鵬飛、王罡


        三問:“催化劑”如何送往云端?

        如何將催化劑送到云中?這就要看人工影響天氣作業中的那些“爆款”裝備了!增雨作業方式上,常規的是通過飛機、高炮、火箭、地面燃燒爐等向云中播撒催化劑。

        用地面燃燒爐:一般而言,地面燃燒爐主要用于交通不便的山區或是較難申請作業空域的地區,作業人員通過燃燒含催化劑的焰條,將人工冰核送入云中。

        地面燃燒爐裝置

        用飛機:飛機作業可以根據不同的云層條件和需要,攜帶催化劑及其播撒裝置或掛載飛機焰彈發射系統等,在合適的云層位置進行增雨作業。此外,飛機上還可以裝載探測儀器進行云微結構的觀測和催化前后云宏、微觀狀態變化的追蹤監測。飛機作業機動性強, 催化作業面積大,增雨效果好。

        正在作業中的人影(人工影響天氣)飛機

        用高炮/火箭:高炮和火箭相對于飛機機動性較差,適合于在固定目標區(如為水庫增水)作業,特別是對飛機飛行安全有威脅的對流云進行催化作業。

        人影高炮

        一般情況下,當催化劑成功送達15分鐘至20分鐘后,降雨的效果便很顯而易見了。

        在我國,實施人工影響天氣活動,必須嚴格遵守相關法律、法規及規范,遵守嚴格的人工影響天氣作業標準。人工增雨用飛機、火箭和高炮等在增雨作業前,必須先申請作業空域,并嚴格在批準的空域時間內發射人工增雨專用火箭彈、炮彈,以確保作業安全。

        圖片來源:中國氣象報社


        四問:人工增雨要看“云”施策?

        說到這個問題,就要提到一個概念,原來高空的云居然還有“冷暖”之分。由于冷云(云內溫度在0℃以下)和暖云(云內溫度在0℃以上)的降水機制不同,對不同“冷暖”的云進行人工增雨,使用的催化劑也是不同的。

        對冷云的人工增雨,傳統方式通常是播撒碘化銀、干冰等成冰劑或制冷劑,增加云中冰晶濃度,以彌補云中冰核的不足,達到降雨或增加雨強的目的。

        (圖片來源:中國氣象局氣象宣傳與科普中心)

        對暖云的人工增雨,則通常是向云中播撒鹽粉等吸濕劑,使云中迅速形成一批大云滴,它們能通過碰并過程迅速長大成雨滴,“過度肥胖”的它們“體重”暴增,上升氣流給的支撐終于抵不住重力的作用,只好掉了下來,形成了降雨。

        (圖片來源:中國氣象局氣象宣傳與科普中心)


        五問:高溫天,為何不能一直增雨降溫?

        愿望是美好的,但是,人工增雨可不是想增就增的!

        首先,有云才有雨,但不是所有的云都有降水潛力。人工增雨的云需要滿足三個條件,云層厚度要大于2公里;云中要水汽充沛;有上升氣流區。一般來說,晴天的積云和層積云不易產生降水,而積雨云(冰水共存的混合云)則比較有利于云滴增長為雨滴。

        因此,前段時間持續高溫,重慶等多地連日“晴空萬里,沒有一絲云彩”,自然是不滿足人工增雨條件的。

        8月25日,中國氣象局人工影響天氣中心聯合四川省氣象局,調用兩架大型無人機組織實施人工增雨作業,作業面積達6000平方公里

        圖片來源:央視新聞


        六問:人工增雨作業會污染大氣嗎?是否會帶來氣候連鎖反應?

        其實,人工影響天氣作業采用的催化劑主要是干冰(固體二氧化碳)、液氮、碘化銀等,這些催化劑具有很高的成冰能力,每次作業只需要少量。

        以常用的冷云催化劑來說,干冰、液氮汽化后成為二氧化碳和氮氣——都是空氣的主要組成部分,因此它們都是“生態安全催化劑”,當然不會污染環境。

        另外,長期監測發現,飛機人工影響天氣作業和火箭人工影響天氣作業等使用的碘化銀用量非常小,作業區域水體和土壤中積累的銀離子濃度遠低于世界衛生組織規定的濃度。

        所以,正確使用人工影響天氣催化劑不會造成環境污染。

        那么,人工干預是否會帶來氣候連鎖反應?

        其實,地球水循環系統是周而復始的。而空中云水資源主要分布在對流層大氣中。

        地球水文循環示意圖。

       ?。▓D片來源:世界氣象組織)

        按照空中云水資源形成的條件和過程來看,它是一種可再生資源,且人工影響天氣作業常常是幾十公里的中小尺度,不會影響到整個氣候系統。

       

        專家顧問:中國氣象局人工影響天氣中心二級研究員 姚展予

        圖片來源:除已標明外,其它圖片由孫楠、李根攝影,青海氣象局提供

        審核:段昊書 葉海英

       

        出品:科普中國

        作者:劉丹 張娟 張格苗(中國氣象報社)

        監制:中國科普博覽

       
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